Расчетное сопротивление осевому растяжению бетона: что такое, как рассчитать и нормативы?

Содержание

что такое, как рассчитать и нормативы?

  • 1 Что такое расчетное сопротивление?
  • 2 Как производить расчеты?
  • 3 Нормативные показатели
  • 4 Характеристики расчетного значения
  • 5 Другие характеристики
  • 6 Заключение

Любое изделие из бетона должно выдерживать существенные нагрузки и при этом не поддаваться разрушительному воздействию внешних факторов. Параметры конструкций, при создании которых используется бетон, определяются еще во время проектирования. Перед началом проведения работ специалисты устанавливают расчетное сопротивление бетона.

Строители утверждают, что бетонные конструкции делаются из неоднородного стройматериала. Прочность нескольких образцов, при изготовлении которых использовалась одна и та же смесь, может быть совершенно разной. Именно поэтому перед специалистами встает вопрос определения прочности при помощи расчетных данных. За счет этих значений определяется сопротивление бетона сжатию. Что собой представляют расчетные показатели, и каким образом можно их определить? Какие дополнительные параметры и характеристики важно учитывать при проведении строительных работ?

Нормативные показатели

Несколько десятилетий тому назад основным показателем прочности бетонных конструкций была их марка. При помощи данного параметра обозначают среднюю устойчивость стройматериала на сжатие. Однако после появления новых Строительных норм и правил возникли и классы прочности изделий на их сжатие.

Класс – нормативное сопротивление стройматериала осевому сжатию кубов, эталонные размеры которых составляют 15 на 15 на 15 сантиметров. Стоит отметить, что пользоваться средними расчетными показателями прочности рискованно, поскольку существует вероятность, что в одном из сечений конструкции этот параметр может оказаться ниже. Вместе с тем выбирать наименьший показатель накладнее, ведь это неоправданно увеличит сечение изделия.

Главным параметром долговечности в бетоне считается класс. В то же время помимо сжатия, значение придается и осевому растяжению. Растяжение учитывается при проведении расчетов. Таким образом, устойчивость к этому показателю (если показатель не может контролироваться) строители определяют по классу B. Для этого существует специальная таблица, в которой указаны необходимые значения с сопротивлением. В таблице указан класс и устойчивость изделий к растяжению.

Вернуться к оглавлению


Предварительно напряженные железобетонные конструкции

Конструкция или элемент из железобетона, нагруженный искусственно созданными внутренними напряжениями, направленные обратно реальным физическим нагрузкам при эксплуатации объекта. Искусственные напряжения появляются после внедрения в тело конструкции предварительно напряженной арматуры. Сделать это можно так:

  1. При заливке раствора в конструкции оставляют пазы, в которые укладывается арматура (сетка, стержни, спирали). Набор прочности завершается натягиванием арматурной сетки или другого типа арматуры с креплением концов по бокам элемента. Натягивание арматуры сопровождается сжатием бетона. Усилие натяжения обозначается символом «Р»;
  2. Арматура натягивается перед заливкой раствора (т.н. натяжение на упоры), а после отвердения смеси отпускается, что и создает напряжение сжатия.

Еще один вариант создания предварительного напряжения – заливка специального напрягающего цемента марки НЦ. Затвердевая, объем конструкции из цемента этой марки увеличивается, при этом растягивается и арматура, создавая напряжение растяжения.

Характеристики расчетного значения

Чтобы сделать надежные и долговечные конструкции, рассчитывают значения с запасом. Для получения этого значения строители прибегают к удельным сопротивлениям изделий: они разделяют их на коэффициент. Сопротивление стройматериала растяжению либо сжатию вычисляют при помощи формулы, которая выглядит следующим образом: R = Rn /g (g – коэффициент прочности). Чаще всего этот параметр равняется одному. От однородности материала зависит величина коэффициента. При этом выполнять соответствующие расчеты необязательно, поскольку получить необходимые параметры можно при помощи таблицы.

Вернуться к оглавлению

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ ТИПОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Рекомендовано к изданию секцией теории железобетона и арматуры НТС НИИЖБ Госстроя СССР.

Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из ячеистых бетонов

(к СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции)/НИИЖБ, ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР. — М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986.

Содержит основные положения по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из ячеистых бетонов. Приведены данные о материалах, применяемых в указанных конструкциях, рекомендации по расчету и конструктивные требования. Даны примеры расчета.

Для инженерно-технических работников проектных организаций.

При пользовании Пособием необходимо учитывать утвержденные изменения строительных норм и правил и государственных стандартов, публикуемые в журнале «Бюллетень строительной техники», «Сборнике изменений к строительным нормам и правилам» Госстроя СССР и информационном указателе «Государственные стандарты СССР» Госстандарт.

Другие характеристики

Помимо вышеуказанных параметров для выполнения определенных расчетов, понадобится ряд дополнительных характеристик:

  1. Определение удельного электрического сопротивления бетонного раствора может понадобиться, если вы решили самостоятельно осуществить обогрев смеси при помощи электродов. И чем больше показатель, тем сильнее будет нагреваться цементный раствор.
  2. Влагопроницаемость смесей позволяет определить самое сильное давление жидкости, которому способен противостоять стройматериал. Иными словами, это значение показывает, может ли влага проникнуть сквозь бетон. Водонепроницаемыми марками считаются с W2 по W20. При этом цифры указывают на давление воды, которое способна выдержать конструкция.
  3. Воздухонепроницаемость бетонного состава будет зависеть от прочности изделия. Согласно государственному стандарту, сопротивление бетона проникновению воздуха составляет 3-130 с/см3.
  4. Морозоустойчивость позволяет конструкциям из бетона выдерживать многократное замерзание, оттаивание с сохранением свойств. На рынке строительных материалов представлены марки F50-F1000 (цифры означают число циклов, которые выдерживает строительный материал). Как показывает практика, в среднем морозостойкость изделий равна показателю F200.
  5. Теплопроводимость – важная характеристика изделий, от которой будет зависеть плотность строения. Материалы, содержащие больше пор, обладают меньшей теплопроводностью, поскольку воздух, который их заполняет, является прекрасным теплоизолятором. Лучше всего теплоизоляцию обеспечивают газоблоки или пеноблоки, в структуре которых есть множество пор.

Вернуться к оглавлению

Методы определения прочности по контрольным образцам бетона

Разобравшись с тем, что такое сопротивление материала на сжатие, рассмотрим основные методы определения данного показателя.

Испытание бетона разрушающим способом

Проверка на сжатие проводится, как правило, в аккредитованных строительных лабораториях на поверенном оборудовании. Главное, что для него понадобится − пресс.

Также будут необходимы точные лабораторные весы, штангенциркуль и испытуемые образцы. Последние готовятся заранее из нужной партии. Форма стандартная – куб со сторонами 10 см. Согласно техническим документам, используют от 3 до 5 штук образцов для одной партии.

Совет. Изначально их нужно подготовить, отчищая от загрязнения и взвешивают для определения соответствия плотности, веса и проектной марки материала. Если эти значения в норме, то на 95% можете быть уверены в должном уровне устойчивости.

Абсолютно ровными гранями образец устанавливается на пресс, включается и начинается проверка. Максимальная нагрузка, при которой началось разрушение образца – это и есть предельное сжатие.

Среднее значение устанавливается по результатам контроля всех отобранных образцов. По конечной цифре определяется, соответствует или нет фактическая прочность нормативным и проектным значениям. После чего она заносится в журнал.

Галерея: процесс испытания разрушающим методом с помощью пресса.

Более подробная инструкция по тестированию бетонных образцов, представлена в видео в этой статье.

Контроль неразрушающими методами

Предыдущий метод обязателен на любом строительном производстве и на любом этапе строительства.

Он считается наиболее достоверным:

  • На результаты протоколов, лабораторных разрушающих исследовании, опираются конструкторы и архитекторы при возведении зданий и изготовлении железобетонных изделий.
  • Когда же нет возможности определить прочность образцов разрушающим методом, или же требуется через определенное время повторный анализ характеристик, используют специальные устройства.
  • Они необходимы для того, чтобы протестировать материал на сжатие непосредственно на месте. Одним легким нажатием они определяют числовое значение и при желании другие необходимые характеристики, касающиеся однородности и уплотнения тела материала.
  • Существует масса подобного оборудования, но наиболее распространённый в строительных кругах – прибор ИПС − МГ различной модификации. Он прост в использовании, точен и цена на него вполне доступна.


Фото автоматизированного аппарата.

Преимущественно его используют на строительной площадке. Этот электронный измеритель позволяет в короткие сроки определить показатели плотности, прочности и упруго−пластические свойства методом ударного импульса. Этот способ хоть и не является приоритетным, но все же, предусмотрен ГОСТ 22690.

Совет. Обязательно перед «простреливанием» бетона необходимо выбрать или подготовить поверхность. Она должна быть ровной без шероховатостей, вмятин, пустот, трещин и прочих дефектов площадью не меньше 100 см2. При необходимости нужно зашкурить поверхность.

Количество участков должно приниматься по программе испытаний, но их должно быть не менее трех. Обычно для объемной железобетонной конструкции берут среднее значение 15 проб.

Это количество зависит от площади, так как точки контроля должны находиться на расстоянии друг от друга 15 мм и от края не менее 50 мм. Идеальные места – между гранулами щебня и крупными раковинами в бетонном теле.

Чтобы провести тестирование конструкции, необходимо:

  • включить прибор, при этом он сразу будет в режиме испытания;
  • ввести данные об испытываемом материале;
  • взвести рычаг на «пистолете»;
  • плотно прижать перпендикулярно к тестируемой поверхности и отпустить рычаг;
  • на табло появится результат, он запоминается с последующими испытаниями;
  • после 15 проб выводится автоматически среднее значение, если количество «прострелов» меньше, то можно заранее просмотреть средний результат.

Чем хорош такой прибор – все данные на нем могут сохраняться на компьютере и архивироваться. В любой момент можно просмотреть предыдущие испытания на компьютере и составить протокол.

Классы и марки бетона. Сводная таблица (В-М-С).

Класс бетона

Класс бетона (В) — показатель прочности бетона на сжатие и определяется значениями от 0,5 до 120, которые показывают выдерживаемое давление в мегапаскалях (МПа), с вероятностью 95%. Например, класс бетона В50 означает, что данный бетон в 95 случаев из 100 выдержит давление на сжатие до 50 МПа.

По прочности на сжатие бетоны подразделяют на классы:

  • Теплоизоляционные (В0,35 — B2).
  • Конструкционно-теплоизоляционные (В2,5 — В10).
  • Конструкционные бетоны (В12,5 — В40).
  • Бетоны для усиленных конструкций (от В45 и выше).

Класс бетона по прочности на осевое растяжение

Обозначается «Bt» и соответствует значению прочности бетона на осевое растяжение в МПа с обеспеченностью 0,95 и принимается в пределах от Bt 0,4 до Bt 6.

Марка бетона

Наряду с классом прочность бетона также задается маркой и обозначается латинской буквой «М». Цифры означают предел прочности на сжатие в кгс/см 2 .

Разница между маркой и классом бетона не только в единицах измерения прочности (МПа и кгс/см 2 ), но и в гарантии подтверждения этой прочности. Класс бетона гарантирует 95%-ю обеспеченность прочности, в марках используется среднее значение прочности.

Класс бетона прочности по СНБ

Обозначается буквой «С». Цифры характеризуют качество бетона: значение нормативного сопротивления / гарантированная прочность (на осевое сжатие, Н/мм 2 (МПа)).

Например, С20/25: 20 — значение нормативного сопротивления fck, Н/мм 2 , 25 — гарантированная прочность бетона fс, Gcube, Н/мм 2 .

Применение бетонов в зависимости от прочности

Средняя прочность бетона

Среднюю прочность бетона (R) каждого класса определяют при нормативном коэффициенте вариации. Для конструктивных бетонов v=13,5%, для теплоизоляционных бетонов v=18%.

R = В / [0,0980665*(1-1,64 *ν)]

где В — значение класса бетона, МПа; 0,0980665 — переходной коэффициент от МПа к кг/см 2 .

Таблица соответствия классов и марок

Класс бетона по прочности (С) по СНБКласс бетона по прочности (B) по СНиП (МПа)Средняя прочность бетона данного класса RБлижайшая марка бетона по прочности М (кгс/см 2 )Отклонение ближайшей марки бетона от средней прочности класса R — M/R*100%
МПакгс/см 2
—В 0,350,495,01М5+0,2
—В 0,751,0610,85М10+7,8
—В 11,4214,47М15-0,2
—В 1,52,0520,85М25-1,9
—В 22,8428,94М25+13,6
—В 2,53,2132,74М35-6,9
—В 3,54,5045,84М50-9,1
—В 56,4265,48М75-14,5
—В 7,59,6498,23М100-1,8
С8/10В1012,85130,97М150-14,5
С10/12,5В12,516,10163,71М150+8,4
С12/15В1519,27196,45М200-1,8
С15/20В2025,70261,93М250+4,5
С18/22,5В22,528,90294,5М300+1,9
С20/25В2532,40327,42М350-6,9
С25/30В3038,54392,90М400-1,8
С30/35В3544,96458,39М450+1,8
С32/40В4051,39523,87М550-5,1
С35/45В4557,82589,4М600+1,8
С40/50В5064,24654,8М700+6,9
С45/55В5570,66720,3М700-2,8

Все материалы, представленные на сайте, носят исключительно справочный и ознакомительный характер и не могут считаться прямой инструкцией к применению. Каждая ситуация является индивидуальной и требует своих расчетов, после которых нужно выбирать нужные технологии.

Не принимайте необдуманных решений. Имейте ввиду, что то что сработало у других, в ваших условиях может не сработать.

Администрация сайта и авторы статей не несут ответственности за любые убытки и последствия, которые могут возникнуть при использовании материалов сайта.

  • Строительство
  • Материалы
  • Мастера и эксперты
  • Физика

Сайт может содержать контент, запрещенный для просмотра лицам до 18 лет.

Условия тестирования

Бетонный раствор заливается в подготовленные формы – куб или призма. При этом тестирование должно производиться при положительной температуре 18-20 C°. Затвердевшие изделия должны простоять 28 дней, в течение этого времени они приобретут заявленную марочную прочность.

После чего образцы устанавливают на пресс, где и производится осевое сжатие. Все показания записываются. Для расчетного сопротивления бетона на растяжение или сжатие берется максимальный показатель. После чего полученный результат умножается на коэффициент. Как уже было сказано выше, для прочности по сжатию берется коэффициент 1,3, по растяжению – 1,5.

Таким образом, получается расчетное сопротивление или нормативное.

Область применения композита

Определяющими параметрами относительно использования композита являются прочность и водопоглощение. У бетона В25 М350 показатели высокие, поэтому его применяют для возведения конструкций на улице в условиях большой механической нагрузки. Например, материал часто выбирают для прокладки дорожного покрытия:

  • пешеходная зона;
  • велотрек;
  • автомагистраль;
  • взлётно-посадочная полоса.


Устройство взлётно-посадочной полосы Источник zp.gov.ua

4.2. МАТЕРИАЛЫ ФУНДАМЕНТОВ (ч. 1)

Материалы фундаментов выбираются в соответствии с материалами основных конструкций сооружения. Кроме прочности материал фундаментов должен обладать необходимой морозостойкостью. В качестве материала фундаментов применяются железобетон, бетон, каменные материалы (кирпич, бут, блоки из природных камней). В отдельных случаях возможно использование облегченных и легких бетонов, цементогрунта. Сборные элементы изготовляются из железобетона и бетона, в том числе и на силикатных вяжущих материалах, а также из цементогрунта и кирпича.

Армируют фундаменты горячекатаной арматурной сталью класса А-III и обыкновенной арматурной проволокой диаметром 3—5 мм класса Вр-I и B-II [2]. Допускается применение для поперечной конструктивной и монтажной арматуры горячекатаной арматурной стали класса A-I и А-II, а также проволоки класса В-II диаметром 6—8 мм в сварных сетках и каркасах. Для монтажных петель сборных элементов применяется горячекатаная арматурная сталь A-I или А-II. Если монтаж конструкций происходит при температуре ниже минус 40 °С, для монтажных петель не допускается применение стали марки ВСт3сп2.

За нормативные сопротивления арматуры Rsk

принимаются наименьшие контролируемые значения предела текучести, физического или условного: для стержневой арматуры — равного напряжениям, соответствующим остаточному относительному удлинению 0,2 %, а для проволочной арматуры — равного 0,75 временного сопротивления разрыву. Указанные контролируемые характеристики арматуры принимаются в соответствии с государственными стандартами на арматурные стали и гарантируются с вероятностью не менее 0,95.

Расчетные сопротивления арматуры при расчете конструкций по предельным состояниям первой группы приведены в табл. 4.1, а расчетные сопротивления при расчете по предельным состояниям второй группы — в табл. 4.2.

Виды материалов назначаются из расчета их на прочность. Минимальные марки материалов по прочности на осевое сжатие для фундаментов должны быть не ниже приведенных в табл. 4.3.

ТАБЛИЦА 4.1. РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ АРМАТУРЫ ДЛЯ ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ ПЕРВОЙ ГРУППЫ
Стержневая арматураРасчетные сопротивления арматуры, МПа
РастяжениюСжатию Rsc
продольной, поперечной (хомутов и отогнутых стержней) при расчете наклонных сечений на действие изгибающего момента Rsпоперечной (хомутов и отогнутых стержней) при расчете наклонных сечений на действие поперечной силы Rsw
A-I225180225
А-II280225280
А-III диаметром, мм: 6—8 10—40355 365285 295355 365
Вр-I диаметром, мм: 3 4 5375 365 360305 295 290375 365 360
Вр-II диаметром, мм: 3 4 5 6 71250 1200 1100 1050 980990 940 880 830 785390 390 390 390 390

Сопротивление бетона

Сопротивление бетона на сжатие и растяжение

СП 63. 13330.2012

6.1.11 Расчетные значения сопротивления бетона осевому сжатию Rbи осевому растяжению Rbtопределяют по формулам:

Значения коэффициента надежности по бетону при сжатии γbпринимают равными:

для расчета по предельным состояниям первой группы:

1,3 — для тяжелого, мелкозернистого, напрягающего и легкого бетонов;

1,5 — для ячеистого бетона;

для расчета по предельным состояниям второй группы: 1,0.

Значения коэффициента надежности по бетону при растяжении γbtпринимают равными:

для расчета по предельным состояниям первой группы при назначении класса бетона по прочности на сжатие:

1,5 — для тяжелого, мелкозернистого, напрягающего и легкого бетонов;

2,3 — для ячеистого бетона;

для расчета по предельным состояниям первой группы при назначении класса бетона по прочности на растяжение:

1,3 — для тяжелого, мелкозернистого, напрягающего и легкого бетонов;

для расчета по предельным состояниям второй группы: 1,0.

Расчетные значения сопротивления бетона Rb, Rbt, Rb,ser, Rbt,ser(с округлением) в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие и осевое растяжение приведены: для предельных состояний первой группы — в таблицах 6.8, 6.9, второй группы — в таблице 6.7.

 

Таблица 6.7

ВидБетонНормативные сопротивления бетона Rb,n, Rbt,n, МПа, и расчетные сопротивления бетона для предельных состояний второй группы Rb,serи Rbt,ser
, МПа, при классе бетона по прочности на сжатие
В1,5В2В2,5В3,5В5В7,5В10В12,5В15В20В25В30В35В40В45В50В55В60В70В80В90В100
Сжатие осевое (призменная прочность) Rb,n, Rb,serТяжелый, мелкозернистый и напрягающий———2,73,55,57,59,5111518,52225,529323639,54350576471
Легкий——1,92,73,55,57,59,5111518,52225,529————————
Ячеистый1,41,92,43,34,66,99,010,511,5—————————————
Растяжение осевое Rbt,n и Rbt,serТяжелый, мелкозернистый и напрягающий———0,390,550,700,851,001,101,351,551,751,952,102,252,452,602,753,003,303,603,80
Легкий——0,290,390,550,700,851,001,101,35 1,551,751,952,10————————
Ячеистый0,220,260,310,410,550,630,891,001,05—————————————
Примечания

1 Значения сопротивлений приведены для ячеистого бетона средней влажностью 10 %.

2 Для мелкозернистого бетона на песке с модулем крупности 2,0 и менее, а также для легкого бетона на мелком пористом заполнителе значения расчетных сопротивлений Rbt,n, Rbt,serследует принимать с умножением на коэффициент 0,8.

3 Для поризованного бетона, а также для керамзитоперлитобетона на вспученном перлитовом песке значения расчетных сопротивлений

Rbt,n, Rbt,serследует принимать как для легкого бетона с умножением на коэффициент 0,7.

4 Для напрягающего бетона значения Rbt,n, Rbt,serследует принимать с умножением на коэффициент 1,2.

Таблица 6.8

ВидБетонРасчетные сопротивления бетона Rb, Rbt, МПа, для предельных состояний первой группы при классе бетона по прочности на сжатие
В1,5В2В2,5В3,5В5В7,5В10В12,5В15В20В25в30B35В40В45В50В55В60В70В80В90В100
Сжатие осевое (призменная прочность)		Тяжелый, мелкозернистый и напрягающий———2,12,84,56,07,58,511,514,517,019,522,025,027,530,033,037,041,044,047,5
Легкий——1,52,12,84,56,07,58,511,514,517,019,522,0————————
Ячеистый0,951,31,62,23,14,66,07,07,7—————————————
Растяжение осевоеТяжелый, мелкозернистый и напрягающий———0,260,370,480,560,660,750,901,051,151,301,401,501,601,701,801,902,102,152,20
Легкий——0,200,260,370,480,560,660,750,901,051,151,301,40————————
Ячеистый0,090,120,140,180,240,280,390,440,46—————————————
Примечания

1 Значения сопротивлений приведены для ячеистого бетона средней влажностью 10 %.

2 Для мелкозернистого бетона на песке с модулем крупности 2,0 и менее, а также для легкого бетона на мелком пористом заполнителе значения расчетных сопротивлений Rbtследует принимать с умножением на коэффициент 0,8.

3 Для поризованного бетона, а также для керамзитоперлитобетона на вспученном перлитовом песке значения расчетных сопротивлений Rbtследует принимать как для легкого бетона с умножением на коэффициент 0.7.

4 Для напрягающего бетона значения Rbtследует принимать с умножением на коэффициент 1,2.

5 Для тяжелых бетонов классов В70 — В100 расчетные значения сопротивления осевому сжатию Rbи осевому растяжению Rbtприняты с учетом дополнительного понижающего коэффициента γ

b,br, учитывающего увеличение хрупкости высокопрочных бетонов в связи с уменьшением деформаций ползучести и равного , где В — класс бетона по прочности на сжатие.

Таблица 6.9

Вид сопротивленияБетонРасчетные значения сопротивления бетона для предельных состояний первой группы Rbt, МПа, при классе бетона по прочности на осевое растяжение
Вt 0,8Вt 1,2Вt 1,6Вt 2,0Вt 2,4Вt 2,8Вt 3,2
Растяжение осевое RbtТяжелый, мелкозернистый, напрягающий и легкий 0,620,931,251,551,852,152,45

 

О расчете железобетонных колонн, работающих на растяжение

Железобетонные колонны в здании чаще испытывают сжатие. Это имеет смысл, потому что при обычном пути нагрузки здания гравитационные нагрузки передаются через колонны на фундамент, который оказывает равную и противоположную реакцию на колонну, тем самым подвергая ее сжатию. Для натяжных колонн нагрузка, вероятно, передается куда-то еще, прежде чем будет передана на фундамент. Обычно это намеренно!

Наиболее значительной внутренней силой, связанной с колоннами, является осевая сила, хотя чаще всего колонны также подвергаются изгибающему моменту и силам сдвига. Расчетные уравнения и диаграммы существуют почти во всех нормах и правилах для железобетонных колонн, подверженных сжимающей осевой силе, изгибающему моменту и сдвигу. Однако, когда бетонная колонна находится в напряжении, подход обычно очень осторожный. Желательно избегать размещения бетонных колонн под напряжением, если только вы не можете с этим поделать.

Бетон очень хорош на сжатие, но слаб на растяжение. Например, для бетонного блока с прочностью на сжатие в цилиндре в течение 28 дней, равной 25 Н/мм 2 , мы ожидаем, что прочность на растяжение составит около 2,6 Н/мм 2 (см. Таблицу 3.1 EN 1992-1-1). :2004). При проектировании железобетона мы обычно принимаем, что сопротивление бетона растяжению равно нулю, если только мы не имеем дело с проблемами эксплуатационной пригодности, такими как растрескивание.

Если железобетонная колонна должна испытывать осевое растяжение, все осевое напряжение будет восприниматься стальной арматурой, в отличие от сжатия. Площадь стали, необходимая для сопротивления растягивающей осевой силе, будет равна;

A st,req = N t,Ed /0.87f yk

Где;
A st,req = Площадь необходимой стали
N t,Ed = Предельная осевая сила сжатия
f yk = Характеристический предел текучести арматуры

Однако это не так просто и прямолинейно, как кажется . Для бетонной секции, подвергаемой значительной осевой растягивающей нагрузке, растрескивание будет серьезной проблемой. В результате потребуется дополнительная арматура для контроля растрескивания, помимо основной арматуры, противодействующей осевому растяжению. Дополнительная арматура должна быть заключена в каркас, как и в случае армирования стены с использованием стержней меньшего диаметра. Колонна может иметь два слоя усиления; внутренний слой для сопротивления растягивающей силе и внешний слой для предотвращения растрескивания (армирование кожи).

Максимальный диаметр стержня для армирования обшивки можно оценить по уравнению 7.7N стандарта EN 1992-1-1:2004 для элементов, подвергающихся равномерному осевому растяжению;

φ с = φ∗ с (f ct,eff /2.9)h cr /(8(h-d))

где: 015 s — скорректированный максимальный диаметр стержня
φ * s — максимальный размер стержня, указанный в таблице 7.2N EN 1992-1-1:2004
h — общая глубина секции
h cr — глубина зоны растяжения непосредственно перед образованием трещины с учетом характерных значений предварительного напряжения и осевых усилий при квазипостоянном сочетании воздействий
d — эффективная глубина до центра масс внешней слой армирования

Вышеприведенное обсуждение было основано на предположении, что на растянутую колонну действует чисто осевая сила. Однако что происходит, когда в сечении есть изгиб и сдвиг? В этом случае необходимо будет учитывать взаимодействие осевой силы и изгиба, и ожидается, что это повлияет на размер натяжной колонны и количество арматуры.

Из текущего материала видно, что конструкционная сталь или композитные профили лучше всего подходят для натяжных колонн, при условии, что детали соединения хорошо спроектированы инженером-строителем. Проблема растрескивания из-за низкой прочности на растяжение является основной проблемой строительства натяжных колонн с использованием железобетона. Однако если это удается преодолеть с помощью дополнительных подкреплений, то проблему можно решить за счет дополнительных затрат.

Кроме того, арматура в натяжных колоннах не должна иметь нахлеста и должна быть детализирована таким образом, чтобы арматура цеплялась и несла нагрузку под собой. Ожидается, что для непрерывности армирования механические муфты будут работать лучше, чем притирка.

Натяжные колонны обычно являются плавающими колоннами и передают нагрузку, которую они поддерживают, на элемент над ними. Это зависит от структурной схемы, принятой инженером-строителем. Однако, когда натяжные колонны должны поддерживаться на земле, необходимо должным образом контролировать подъемные силы.

Пример применения натяжных колонн находится в здании суда США в центре Лос-Анджелеса. Структурная система здания изображена на схеме ниже. Все колонны установлены по периметру конструкции, но не передают нагрузку на землю; вместо этого они берут на себя нагрузку. В результате на колонны не действует сжимающая сила.

3D-модель здания суда США (Источник; Файзал Манзур, 2020 г.) Структурная схема и путь нагрузки здания суда США (Источник; Файзал Манзур, 2020 г.)

Как видно выше, плита не поддерживает вес колонны ; скорее, он держится за него. Следовательно, колонны подвергаются осевому растяжению из-за тяги от веса плиты, направленного вниз. Нагрузка передается от плиты к колонне, которая затем проходит через ферму крыши, поддерживаемую стенками жесткости. Однако важно отметить, что в конструкции, описанной выше, использовались стальные колонны.

Расчет бетонных колонн, подвергающихся осевому сжатию, с элементами RF-CONCRETE

В этой статье рассматриваются прямолинейные элементы, поперечное сечение которых подвергается осевому сжатию. Цель этой статьи — показать, как очень многие параметры, определенные в Еврокодах для расчета бетонных колонн, учитываются в программе расчета конструкций RFEM.

Что такое осевое сжатие?

Секция конструктивного элемента нагружена осевым сжатием, когда силы, действующие с одной стороны секции, уменьшены в центре тяжести секции до одной силы Н. Таким образом, нормальная сила Н перпендикулярна поперечному сечению и направлены в сторону поперечного сечения. В отличие от комбинированного изгиба, это напряжение никогда не встречается на практике, потому что реальная колонна всегда подвергается либо асимметрии нагрузки, либо несовершенствам конструкции колонны, как видно из этой технической статьи.

Критерий гибкости для изолированных элементов

Предполагается, что эффектами второго порядка (несовершенства, асимметрия и т. д.) можно пренебречь, если элемент нагружен только нормальной силой сжатия N Ed и если критерий гибкости выполняется.

Критерий гибкости

λ < λ lim

λ . .. Коэффициент гибкости

λ lim … Предельная гибкость

Гибкость и расчетная длина В соответствии EN 1992-1-1

Коэффициент гибкости

λ = l0i

λ коэффициент гибкости
л 0 эффективная длина = k cr ⋅ l
и радиус инерции участка бетона без трещин
к кр коэффициент эффективной длины = 0,5 ⋅ √[(1 + k 1 / (0,45 + k 1 )) ⋅ (1 + k 2 / (0,45 + k 2 ))] по 5.8.3.2(3) формула (5.15)
л свободная длина
к 1 , к 2 коэффициенты гибкости на обоих концах элемента
Предельная гибкость Согласно EN 1992-1-1

Предельная гибкость

λ lim = (20 ⋅ A ⋅ B ⋅ C) / √n согласно 5. 8.3. 1(1) Формула (5.13Н)

A = 1 / (1 + 0,2 φ ef ) = 0,7, если φ ef неизвестно

B = √(1 + 2 ⋅ ω) = 1,1, если ω неизвестно

C = 1,7 — г m = 0,7, если r m неизвестно

n = N Ed / (A c ⋅ f cd ) … Относительная нормальная сила

φ 9001 5 ef … Эффективный коэффициент ползучести

ω … Коэффициент механической арматуры

r м … Коэффициент момента

Н Изд. … Расчетное значение действующей осевой силы

A c … Общая площадь сечения чистого бетона

f cd … Расчетное значение прочности бетона на сжатие

Напряжение сжатия в стали

Усадка бетона при осевом сжатии ограничена величиной ε

c2 в случае диаграммы σ-ε парабола-прямоугольник. При статическом трении бетона и стали укорочение арматуры идентично, и мы можем определить ее напряжение.

Напряжение в арматуре

σs = fyd, если εc2 > εudEs · εc2 в противном случае

σ s напряжение в арматуре
f ярдов расчетный предел текучести арматурной стали = f yk / γ s
е с2 относительная деформация сжатия для максимального напряжения
Е с модуль упругости
ф гк характеристический предел текучести
γ с частичный запас прочности из стали
ε уд расчетное значение предельной деформации = f yd / E s
Напряжение сжатия в бетоне

Напряжение в бетоне. … Коэффициент, учитывающий длительные воздействия на прочность на сжатие

f ck . .. Характеристическая прочность бетона на сжатие

γ c … Частичный коэффициент безопасности относительно бетона

Размеры поперечного сечения бетона

Усилие, которое может быть уравновешено поперечным сечением бетона, соответствует его максимальной нагрузке -несущая способность на сжатие, которая напрямую зависит от его сечения и расчетного сопротивления.

Равновесная сила бетона

F c = A c ⋅ f cd

Арматура уравновешивает остальную осевую сжимающую нагрузку.

Равновесная сила арматуры

F s = N Ed — F c

Из этих двух уравнений равновесия можно вывести расчетное поперечное сечение бетона, а затем сечение арматурной стали. .

Площадь поперечного сечения бетона

A c ≥ N Ed / (f cd + A s / A c ⋅ σ s )

90 002 A с = F с / σ с . .. Участок армирования

Применение теории с использованием стержней RF-CONCRETE

В этой статье мы проанализируем результаты, полученные автоматически для расчета армирования. Поскольку целью также является определение расчетного сечения бетона, базовая модель RFEM будет иметь указанную ширину и неизвестную высоту, равную ширине или превышающую ее.

Примем во внимание следующие параметры:

  • Постоянные нагрузки: Н г = 1390 кН
  • Переменные нагрузки: Н q = 1000 кН
  • Длина колонны: l = 2 .1 м
  • Прямоугольное сечение до определить: ширина b = 40 см / неизвестная высота ≥ 40 см
  • Собственный вес колонны можно не учитывать.
  • Колонна не интегрирована в раскос.
  • Класс прочности бетона: C25/30
  • Сталь: S 500 A для наклонного графика
  • Диаметр продольной арматуры: ϕ = 20 мм
  • Диаметр поперечной арматуры: ϕt = 8 мм
  • Бетонное покрытие: 3 см

  • Модель RFEM с постоянными и переменными нагрузками

  • Отображение расчетных напряжений и деформаций в стержнях RF-CONCRETE

  • Отображение управляющих нагрузок в стержнях RF-CONCRETE

  • Изменение коэффициента эффективной длины для стержня

  • Таблица 4. 10 Гибкость стержня

  • Оптимизация прямоугольного сечения в элементах RF-CONCRETE

  • Требуемое армирование определяется членами RF-CONCRETE

  • Армирование определяется RF-CONCRETE Members

  • Столбец

Свойства материалов

Расчетное значение прочности бетона на сжатие

f cd = 1 ⋅ 25 / 1,5 = 16,7 МПа

Относительная деформация сжатия при максимальном напряжении

ε c2 = 2‰

Расчетный предел текучести арматуры сталь

f ярдов = 500/1,15 = 435 МПа

Предельная деформация арматуры

ε ud = f yd / E s = 435 / (2 ⋅ 10 5 ) = 2,17 ‰

Напряжение в арматуре

σ с = 2 ⋅ 10 5 ⋅ 0,002 = 400 МПа при ε c2 < ε ud

Чтобы проверить настройки материала в RF-CONCRETE Columns, на изображении 02 показаны ожидаемые напряжения и деформации для бетона и необходимая арматура.

  • Отображение расчетных напряжений и деформаций в стержнях RF-CONCRETE

  • Модель RFEM с постоянными и переменными нагрузками

  • Отображение управляющих нагрузок в стержнях RF-CONCRETE

  • Изменение коэффициента эффективной длины для стержня

  • Таблица 4.10 Гибкость стержня

  • Оптимизация прямоугольного сечения в элементах RF-CONCRETE

  • Требуемое армирование определяется членами RF-CONCRETE

  • Армирование определяется RF-CONCRETE Members

  • Столбец

Предельное состояние по предельному состоянию

Расчетные нагрузки по предельному состоянию по предельному состоянию

N Ed = 1,35 ⋅ N г + 1,5 ⋅ N q

N Ed = 1,35 ⋅ 1390 + 1,5 ⋅ 1000 = 3,38 МН

  • Отображение управляющих нагрузок в стержнях RF-CONCRETE

  • Модель RFEM с постоянными и переменными нагрузками

  • Отображение расчетных напряжений и деформаций в стержнях RF-CONCRETE

  • Изменение коэффициента эффективной длины для стержня

  • Таблица 4. 10 Гибкость стержня

  • Оптимизация прямоугольного сечения в элементах RF-CONCRETE

  • Требуемое армирование определяется членами RF-CONCRETE

  • Армирование определяется RF-CONCRETE Members

  • Столбец

Эффекты второго порядка, не учтенные в ULS

Чтобы правильно применить нагрузку в головной части колонны, мы смоделировали стержень, который закреплен только в основании и свободен в головной части. Однако мы хотим считать, что колонна закреплена в изголовье к некоторым балкам, предполагая, что колонна менее жесткая, чем балки. Тогда мы можем считать, что стержень закреплен на обоих концах. Таким образом, теоретически коэффициенты гибкости должны быть равны нулю для идеального ограничения. Однако идеальной фиксации на практике не существует. Следовательно, минимальное значение, которое следует учитывать для коэффициентов гибкости, равно: k 1 или 2 = 0,1.

Фактор эффективной длины

k cr = 0,5 ⋅ (1 + 0,1 / (0,45 + 0,1)) = 0,59

На изображении 04 показана возможность установки коэффициента эффективной длины для элемента типа стержня в RFEM.

  • Изменение коэффициента эффективной длины для стержня

  • Модель RFEM с постоянными и переменными нагрузками

  • Отображение заданных напряжений и деформаций в стержнях RF-CONCRETE

  • Отображение управляющих нагрузок в стержнях RF-CONCRETE

  • Таблица 4.10 Гибкость стержня

  • Оптимизация прямоугольного сечения в элементах RF-CONCRETE

  • Требуемое армирование определяется членами RF-CONCRETE

  • Армирование определяется RF-CONCRETE Members

  • Столбец

Поскольку необходимо определить высоту поперечного сечения, предполагается, что h > b, и, таким образом, радиус инерции прямоугольного поперечного сечения более важен для малой ширины.

Радиус управляющей инерции в плоскости, параллельной ширине b = 40 см

i z = b / √12

Гибкость

λ z = (0,59 ⋅ 2,1 ⋅ √12) / 0,40 = 10,73 м

На изображении 05 показаны значения гибкости, определенные для стержня после расчета в таблице 4.10 программы RFEM.

  • Таблица 4.10 Гибкость стержня

  • Модель RFEM с постоянными и переменными нагрузками

  • Отображение заданных напряжений и деформаций в стержнях RF-CONCRETE

  • Отображение управляющих нагрузок в стержнях RF-CONCRETE

  • Изменение коэффициента эффективной длины для стержня

  • Оптимизация прямоугольного сечения в элементах RF-CONCRETE

  • Требуемое армирование определяется членами RF-CONCRETE

  • Армирование определяется RF-CONCRETE Members

  • Столбец

Чтобы проверить нашу гибкость, мы вручную определяем предельную гибкость, принимая h = b.

Предельная гибкость

n = 3,38 / (0,40² ⋅ 16,7) = 1,26

λ lim = 20 ⋅ 0,7 ⋅ 1,1 ⋅ 0,7 / √ 1,26 = 9,6 м

λ z > λ lim → Условие не выполнено.

Однако, мы все же будем рассчитывать на центральное сжатие, так как отклонение небольшое, заметим позже, что при определении реальной высоты сечения условие будет соблюдаться.

Реальная высота, подлежащая расчету

Чтобы определить реальную высоту h поперечного сечения, можно принять следующую гипотезу для рассматриваемого коэффициента армирования: A s / A c = 1%. Затем мы можем определить фактическое поперечное сечение, которое необходимо спроектировать, и его высоту в зависимости от напряжения в арматуре и ширины поперечного сечения b.

Площадь поперечного сечения бетона

A c ≥ 3,38 / (16,7 + 400 / 100) = 0,163 м²

Глубина поперечного сечения

A c = b ⋅ h → h ≥ 0,163 / 0,4 = 0,41 м кратно 5 см; то есть h = 45 см.

На изображении 06 показаны шаги для автоматического определения высоты прямоугольного поперечного сечения в RF‑CONCRETE Members с использованием функции «Оптимизировать».

  • Оптимизация прямоугольного сечения в стержнях RF-CONCRETE

  • Модель RFEM с постоянными и переменными нагрузками

  • Отображение расчетных напряжений и деформаций в стержнях RF-CONCRETE

  • Отображение управляющих нагрузок в стержнях RF-CONCRETE

  • Изменение коэффициента эффективной длины для стержня

  • Таблица 4.10 Гибкость стержня

  • Требуемое армирование определяется членами RF-CONCRETE

  • Армирование определяется RF-CONCRETE Members

  • Столбец

Несущий профиль

Равновесная сила бетона

F c = 0,40 ⋅ 0,45 ⋅ 16,7 = 3 МН

Равновесная сила арматуры

F с = 3,376 — 3 = 0,38 МН

Выводим соответствующую площадь армирования:

Площадь армирования

А с = 0,38 / 400 ⋅ 10 4 = 9,5 см²

  • Требуемое армирование определяется членами RF-CONCRETE

  • Модель RFEM с постоянными и переменными нагрузками

  • Отображение расчетных напряжений и деформаций в стержнях RF-CONCRETE

  • Отображение управляющих нагрузок в стержнях RF-CONCRETE

  • Изменение коэффициента эффективной длины для стержня

  • Таблица 4. 10 Гибкость стержня

  • Оптимизация прямоугольного сечения в элементах RF-CONCRETE

  • Армирование определяется RF-CONCRETE Members

  • Столбец

Установив в стержнях RF‑CONCRETE стали диаметром 20 мм, армирование, предусмотренное и определяемое автоматически модулем, составляет 4 стержня, с распределением по углам, как требуется; то есть 1 HA 20 на угол. Следовательно, результат площади поперечного сечения и следующий:

А с = 4 ⋅ 3,142 = 12,57 см²

  • Армирование определяется RF-CONCRETE Members

  • Модель RFEM с постоянными и переменными нагрузками

  • Отображение расчетных напряжений и деформаций в стержнях RF-CONCRETE

  • Отображение управляющих нагрузок в стержнях RF-CONCRETE

  • Изменение коэффициента эффективной длины для стержня

  • Таблица 4. 10 Гибкость стержня

  • Оптимизация прямоугольного сечения в элементах RF-CONCRETE

  • Требуемое армирование определяется членами RF-CONCRETE

  • Столбец

Коэффициент механического армирования

ω = (A s ⋅ f yd ) / (A c ⋅ f cd ) = 12,57 ⋅ 435 / (40 ⋅ 45 ⋅ 16,7) = 0,182

Окончательная проверка предельной гибкости при h > b

n = 3,38 / (0,40 ⋅ 0,45 ⋅ 16,7) = 1,125

B = √(1 + 2 ⋅ ω) = 1,17

λ lim = 20 ⋅ 0,7 ⋅ 1,17 ⋅ 0,7 / √1,125 = 10,81 м

λ z < λ lim → Критерий гибкости выполнен.

Применение в других дополнительных модулях

Дополнительный модуль RF‑CONCRETE Columns также позволяет определять армирование элемента конструкции, подвергающегося осевому сжатию. Техническую статью с подробным описанием различий между RF-CONCRETE Members и RF-CONCRETE Columns можно найти здесь.

  • Столбец

  • Модель RFEM с постоянными и переменными нагрузками

  • Отображение расчетных напряжений и деформаций в стержнях RF-CONCRETE

  • Отображение управляющих нагрузок в стержнях RF-CONCRETE

  • Изменение коэффициента эффективной длины для стержня

  • Таблица 4.10 Гибкость стержня

  • Оптимизация прямоугольного сечения в стержнях RF-CONCRETE

  • Требуемое армирование определяется членами RF-CONCRETE

  • Армирование определяется RF-CONCRETE Members

[1]   Еврокод 2: Проектирование бетонных конструкций. Часть 1-1: Общие нормы и правила для зданий; ЕН 1992-1-1:2011-01
[2]   Ру, Дж. (2007). Pratique de l’eurocode 2 — Руководство по применению . Париж: Groupe Eyrolles.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

2019 © Все права защищены.